JP2015027864A - トルク伝達装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、一般に、クランクシャフトのトルク脈動をリアルタイムに推定または検出するのは困難である。トルク脈動をリアルタイムに検出可能なトルクメータ等を用いる場合、コストが増大するおそれがある。
第1軸は、一端が内燃機関に接続され、内燃機関のトルクが入力される。弾性緩衝機構部は、第1軸の他端に接続される弾性変形部を有している。第2軸は、一端が弾性変形部に接続される。第3軸は、最終出力軸に対応して回転する。第4軸は、一端が回転電機に接続され、回転電機のトルクが入力される。ギア部は、第2軸の他端と第3軸の一端と第4軸の他端との間に設けられ、第2軸と第3軸と第4軸との間で相互にトルクを伝達可能である。制御部は、回転電機のトルクを制御する。
(第1実施形態)
トルク伝達装置1は、例えば内燃機関(以下、「エンジン」という。)3、第1回転電機10および第2回転電機20を駆動源とし走行する車両2に適用される。車両2は、所謂ハイブリッド車両である。
第1軸41は、例えば金属により棒状に形成され、一端がエンジン3のクランクシャフト4に接続されるよう設けられる。ここで、第1軸41は、クランクシャフト4と同軸かつ一体に設けられる。これにより、第1軸41には、エンジン3のトルクが入力される。
板部51は、例えば金属により略円板状に形成され、図2に示すように、4つの穴部511を有している。板部52は、板部51と同様、例えば金属により略円板状に形成され、4つの穴部521を有している。スプリング53は、例えば金属によりコイル状に形成されており、特に軸方向に弾性変形可能である。
第2軸42は、第1軸41と同様、例えば金属により棒状に形成され、一端が板部52の中央に接続するよう設けられている。
上述のように、第1軸41の他端は、板部51を経由してスプリング53に接続可能である。また、第2軸42の一端は、板部52を経由してスプリング53に接続可能である。
キャリア61は、第2軸42の他端に接続され、第2軸42と一体に回転可能である。リングギア62は、第3軸43の一端に接続され、第3軸43と一体に回転可能である。リングギア62には、内縁部に内歯が形成されている。サンギア63は、第4軸44の他端に接続され、第4軸44と一体に回転可能である。サンギア63には、外縁部に外歯が形成されている。
このように、動力分割機構60は、第2軸42の他端と第3軸43の一端と第4軸44の他端との間に設けられ、第2軸42と第3軸43と第4軸44との間で相互にトルクを伝達可能である。
クランクポジションセンサ81は、エンジン3のクランクシャフト4近傍に設けられている。クランクポジションセンサ81は、クランクシャフト4(第1軸41)の回転位置を検出し、当該回転位置に関する信号をECU70に出力する。ここで、クランクポジションセンサ81は、特許請求の範囲における「第1軸回転位置検出手段」に対応する。ECU70は、クランクポジションセンサ81からの信号に基づき、クランクシャフト4、すなわち、第1軸41の回転数を算出(検出)することができる。
「エンジン始動」
車両2の停止時または第2回転電機20で走行中、エンジン3を始動する場合、第1回転電機10をモータとして用いる。第1回転電機10を回転駆動すると、第4軸44が回転し、ピニオンギア64が自転しつつ公転することにより第2軸42、第1軸41およびクランクシャフト4が回転し、エンジン3がクランキングされる。
車両2の発進時は、第2回転電機20をモータとして用いる。エンジン3が停止した状態で第2回転電機20を回転駆動すると、第3軸43が回転し、当該第3軸43のトルクがギア機構30、デファレンシャルギア6および車軸7を経由して駆動輪8に伝達され、車両2が発進する。このとき、ピニオンギア64が自転することにより第4軸44が回転し第1回転電機10が空転する。
駆動輪8および第3軸43が回転した状態でエンジン3が回転すると、ピニオンギア64が自転しつつ公転することにより第4軸44が回転し、第1回転電機10は、ジェネレータとして機能し発電する。
中高速域で一定の駆動力を加えつつ速度を維持する走行状態では、エンジン3の回転およびトルクを適当な変速を行って駆動輪8に伝達する。当該変速は、第1回転電機10に与える発電負荷によって動力分割機構60のサンギア63に反力を加えることにより行う。第2回転電機20は、駆動輪8に対応して回転するリングギア62に接続しているため、定常走行時、回転している。エンジン3は回転と負荷との関係において燃費率が変動する。負荷を高めても燃料消費は変わらないという状況では、発電負荷を上げても燃料消費は増えず、その電力を第2回転電機20に送り駆動力を増すことで、全体の効率を高める「動力混合」を行う場合がある。
加速時等、より大きな駆動力を必要とするときには、エンジン3のトルクに第2回転電機20のトルクを上乗せする。このとき、エンジン3の回転と負荷を高めた状態で連続的に変速して駆動する。第1回転電機10に発電負荷をかけ、その電力を第2回転電機20に送り、必要であればバッテリ5から電力を供給し第2回転電機20のトルクを増大させる。動力分割機構60においては、キャリア61を自転および公転させ、まず減速比を大きくする。これにより、エンジン3の回転数が上昇する中、第2回転電機20の回転が加わった加速が始まる。車両2の速度が高まるにつれて減速比は小さくなり、エンジン3、第1回転電機10、第2回転電機20および動力分割機構60の全体が一体に回転する直結状態に近づく。
車両2の減速時、駆動輪8に接続している第2回転電機20を、駆動輪8側から回転させることにより、第2回転電機20のロータ24が回転することでコイル23に誘導電流が生じ、第2回転電機20は、回転に対する抵抗を発生させつつ発電する。このとき、第1回転電機10の負荷で全体の回転の変化を制御する。
S100は、車両2のイグニッションスイッチがオンされると開始され、イグニッションスイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
S101では、ECU70は、第1軸41(エンジン3、クランクシャフト4)の角速度ωe、第4軸44(第1回転電機10、ロータ14)の角速度ωg、および、第3軸43(第2回転電機20、ロータ24)の角速度ωmを算出する。
S101の後、処理はS102へ移行する。
具体的には、ECU70は、下記式1に基づき、第2軸42の角速度ωiを算出する。
ωi={1/(1+ρ)}ωm+{ρ/(1+ρ)}ωg ・・・式1
ここで、ρは、サンギア63(第4軸44)とリングギア62(第3軸43)とのギア比である。
S102の後、処理はS103へ移行する。
具体的には、ECU70は、S101で算出した第1軸41(エンジン3)の角速度ωe、S102で算出した第2軸42の角速度ωi、および、下記式2に基づき、ダンパ捩れ角θの微分値dθ/dtを算出する。
dθ/dt=ωe−ωi ・・・式2
S103の後、処理はS104へ移行する。
具体的には、ECU70は、S103で算出したダンパ捩れ角θの微分値dθ/dt、設定パラメータK1、および、下記式3に基づき、トルク補正値dTgを算出する。ここで、設定パラメータK1は、予め設定された所定の値である。
dTg=K1×dθ/dt ・・・式3
S104の後、処理はS105へ移行する。
具体的には、ECU70は、S104で算出したトルク補正値dTg、および、下記式4に基づき、第1回転電機10の補正後のトルクTg(補正後)を算出する。
Tg(補正後)=Tg(補正前)+dTg ・・・式4
ここで、Tg(補正前)は、前回のS105で算出した第1回転電機10の補正後のトルクTgである。
S105の後、処理はS106へ移行する。
S106の後、ECU70は、一連の処理S100を抜ける。
ECU70は、S101〜104で、特許請求の範囲における「トルク補正値算出手段」として機能する。また、ECU70は、S105、106で、特許請求の範囲における「トルク補正手段」として機能する。
図4は、エンジン3の始動時(上述の「エンジン始動」参照)、本実施形態のECU70により第1回転電機10のトルク補正(S100)を行った場合の第1回転電機10、エンジン3および第2軸42の回転数、エンジン3および第1回転電機10のトルク、ならびに、ダンパ50の捩れ角の時間の経過に伴う変化を示すものである。図4(C)に示すように、ここでは、エンジン3のトルク脈動として模擬的に正弦波が発生した場合を考える。
比較例によるトルク伝達装置は、物理的な構成は本実施形態のトルク伝達装置1と同様であるものの、ECU70による第1回転電機10の制御の仕方が本実施形態と異なる。比較例のトルク伝達装置では、ECU70は、上述の第1回転電機10のトルク補正(S100)を行わない。
このように、本実施形態は、比較例と比べ、動力分割機構60の歯打ち音を抑制可能な点で有利である。
また、本実施形態では、ECU70は、「トルク補正値算出手段」として機能し、ダンパ50の捩れ角の微分値に基づき、トルク補正値dTgを算出する。
本発明の第2実施形態によるトルク伝達装置を図6に示す。第2実施形態では、物理的な構成要素、および、ECU70によるトルク補正の仕方等が第1実施形態と異なる。
角度センサ84は、ダンパ50の第1軸41と第2軸42との間に設けられており、第1軸41と第2軸42との相対角度、すなわち、ダンパ50の捩れ角(ダンパ捩れ角)を検出することができる。角度センサ84は、検出したダンパ50の捩れ角に関する情報をECU70に出力する。
S200は、車両2のイグニッションスイッチがオンされると開始され、イグニッションスイッチがオフされるまで繰り返し実行される。
S201では、ECU70は、角度センサ84によりダンパ捩れ角θを検出する。
S201の後、処理はS202へ移行する。
具体的には、ECU70は、S201で検出したダンパ捩れ角θに対応する信号にハイパスフィルタを適用することにより、ダンパ捩れ角θに対応する信号の高周波成分θ’を算出する。
S202の後、処理はS203へ移行する。
具体的には、ECU70は、S202で算出したダンパ捩れ角θに対応する信号の高周波成分θ’、設定パラメータK2、および、下記式5に基づき、トルク補正値dTgを算出する。ここで、設定パラメータK2は、予め設定された所定の値である。
dTg=K2×θ’ ・・・式5
S203の後、処理はS204へ移行する。
具体的には、ECU70は、S203で算出したトルク補正値dTg、および、下記式6に基づき、第1回転電機10の補正後のトルクTg(補正後)を算出する。
Tg(補正後)=Tg(補正前)+dTg ・・・式6
ここで、Tg(補正前)は、前回のS204で算出した第1回転電機10の補正後のトルクTgである。
S204の後、処理はS205へ移行する。
S205の後、ECU70は、一連の処理S200を抜ける。
ECU70は、S201〜203で、特許請求の範囲における「トルク補正値算出手段」として機能する。また、ECU70は、S204、205で、特許請求の範囲における「トルク補正手段」として機能する。
図8は、エンジン3の始動時(上述の「エンジン始動」参照)、本実施形態のECU70により第1回転電機10のトルク補正(S200)を行った場合の第1回転電機10、エンジン3および第2軸42の回転数、エンジン3および第1回転電機10のトルク、ならびに、ダンパ50の捩れ角の時間の経過に伴う変化を示すものである。図8(C)に示すように、ここでも、エンジン3のトルク脈動として模擬的に正弦波が発生した場合を考える。
本実施形態のように、ダンパ50の捩れ角θに対応する信号の高周波成分θ’に基づき第1回転電機10のトルクを補正することにより、第1実施形態と同様、動力分割機構60の歯打ち音を抑制することができる。
本発明の第3実施形態によるトルク伝達装置について説明する。
第3実施形態のトルク伝達装置は、物理的な構成は、第2実施形態と同様であるものの、第1回転電機10のトルク補正の仕方が第2実施形態と異なる。
図9は、エンジン3の始動時(上述の「エンジン始動」参照)、本実施形態のECU70により第1回転電機10のトルク補正を行った場合の第1回転電機10、エンジン3および第2軸42の回転数、エンジン3および第1回転電機10のトルク、ならびに、ダンパ50の捩れ角の時間の経過に伴う変化を示すものである。図9(C)に示すように、ここでも、エンジン3のトルク脈動として模擬的に正弦波が発生した場合を考える。
本発明の第4実施形態によるトルク伝達装置を図11に示す。第4実施形態は、制御部(ECU70)の構成等が第1実施形態と異なる。
EFI−ECU71、MG−ECU72、HV−ECU73は、それぞれ、演算手段としてのCPU、記憶手段としてのROMおよびRAM、時間計測手段としてのタイマ、ならびに、入出力手段としてのI/O等を有する小型のコンピュータである。
MG−ECU72は、車両2の各部に取り付けられた各種センサからの信号等に基づき、ROMに記憶されたプログラムに従い処理を行い、第1回転電機10および第2回転電機20を制御可能である。
HV−ECU73は、車両2の各部に取り付けられた各種センサからの信号等に基づき、ROMに記憶されたプログラムに従い処理を行い、EFI−ECU71およびMG−ECU72を経由してエンジン3、第1回転電機10および第2回転電機20を制御可能である。
HV−ECU73は、各種センサからの信号等に基づき、エンジン3の運転、第1回転電機10および第2回転電機20のトルクを制御し、動力分割機構60によるトルクの分配および統合の比率を変更する。これにより、HV−ECU73は、車両2の様々な走行パターンを実現する。
信号線74は、HV−ECU73とEFI−ECU71およびMG−ECU72とをそれぞれ接続するよう設けられている。信号線74には、例えば、機器の制御情報の転送用として標準化されているCAN(Controller Area Network)規格に準じた信号(制御情報)が流れる。HV−ECU73とEFI−ECU71およびMG−ECU72とは、信号線74を経由して制御情報を相互に送受信することにより、エンジン3、第1回転電機10および第2回転電機20を含む車両2の各機器を制御する。
このように、本実施形態では、複数の制御部(ECU)間で制御情報の送受信を行い、複数の制御部が協調し車両2を制御する。
S303では、内部時間nをリセットする。ここでは、内部時間nを0にする。S303の後、処理はS304へ移行する。
S304の後、一連の処理S300を抜けたとき、イグニッションキーがオンの状態の場合、S300が再び実行される。すなわち、一連の処理S300は、イグニッションキーがオンの間、繰り返し実行される処理である。
本発明の第5実施形態によるトルク伝達装置を図14に示す。第5実施形態は、制御部(ECU70)の構成、および、各ECUの内部時間の同期のとり方等が第4実施形態と異なる。
信号線74には、同期信号としての信号Trが流れる。ここで、信号線74は、特許請求の範囲における「信号線」に対応する。信号Trは、最優先処理を割り当てたIDを含む信号(情報)である。本実施形態では、信号Trは、HV−ECU73により所定の周期で生成され、HV−ECU73からEFI−ECU71およびMG−ECU72に対し同時に出力(送信)される。各ECUは、信号Trを生成または受信した場合、他のIDの信号(情報)に優先して(最優先で)信号Trに関する処理を実行する。
S403では、内部時間nをリセットする。ここでは、内部時間nを0にする。S403の後、処理はS404へ移行する。
S404の後、一連の処理S400を抜けたとき、イグニッションキーがオンの状態の場合、S400が再び実行される。すなわち、一連の処理S400は、イグニッションキーがオンの間、繰り返し実行される処理である。
第5実施形態は、第4実施形態と比べ、信号線75を必要としないため、部材点数削減の観点で有利である。
本発明の他の実施形態では、ECU70は、ダンパ50の捩れ角θに対応する信号(図10(A)参照)の位相およびゲイン(振幅)を変化させ(図10(B)参照)、当該信号に基づき、トルク補正値を算出してもよい。この場合、動力分割機構60の歯打ち音をより一層抑制することができる。また、ECU70は、ダンパ50の捩れ角θに対応する信号(図10(A)参照)の位相またはゲイン(振幅)の一方を変化させ、当該信号に基づき、トルク補正値を算出してもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ECU70は、S201で検出したダンパ捩れ角θを微分することにより微分値dθ/dtを算出し、S104で示したように微分値dθ/dtに応じたトルク補正値dTgを算出することにより、第1回転電機10のトルクを補正してもよい。
また、上述の第4実施形態では、EFI−ECU71、MG−ECU72およびHV−ECU73が、S301において、生成または受信した信号Sgのパルスの立ち上がりのタイミングを信号Sgのエッジとして検出する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、EFI−ECU71、MG−ECU72およびHV−ECU73は、S301において、生成または受信した信号Sgのパルスの立ち下がりのタイミングを信号Sgのエッジとして検出することとしてもよい。
上述の実施形態では「エンジン始動」時の歯打ち音抑制効果について示したが、本発明のトルク伝達装置によれば、「定常走行」時、「加速」時等、第1軸にトルク脈動が発生し得る状況において歯打ち音抑制効果を期待できる。
また、本発明の他の実施形態では、第2回転電機20のトルクを補正することによりギア機構30の歯打ち音を抑制してもよい。
また、本発明は、車両に限らず、最終出力軸が推進軸に接続する船舶等の乗り物に適用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
41 ・・・第1軸
42 ・・・第2軸
43 ・・・第3軸
44 ・・・第4軸
50 ・・・ダンパ(弾性緩衝機構部)
53 ・・・スプリング(弾性変形部)
60 ・・・動力分割機構(ギア部)
70 ・・・ECU(電子制御ユニット、制御部、トルク補正値算出手段、トルク補正手段)
Claims (9)
- 内燃機関(3)および回転電機(10)のトルクを最終出力軸(31)に伝達するトルク伝達装置(1)であって、
一端が前記内燃機関に接続され、前記内燃機関のトルクが入力される第1軸(41)と、
前記第1軸の他端に接続される弾性変形部(53)を有する弾性緩衝機構部(50)と、
一端が前記弾性変形部に接続される第2軸(42)と、
前記最終出力軸に対応して回転する第3軸(43)と、
一端が前記回転電機に接続され、前記回転電機のトルクが入力される第4軸(44)と、
前記第2軸の他端と前記第3軸の一端と前記第4軸の他端との間に設けられ、前記第2軸と前記第3軸と前記第4軸との間で相互にトルクを伝達可能なギア部(60)と、
前記回転電機のトルクを制御する制御部(70)と、を備え、
前記制御部は、
前記第1軸と前記第2軸との相対角度である前記弾性緩衝機構部の捩れ角に関する情報に基づき、前記回転電機のトルクの補正値であるトルク補正値を算出するトルク補正値算出手段(70)、および、
前記トルク補正値算出手段により算出した前記トルク補正値に基づき、前記回転電機のトルクを補正するトルク補正手段(70)を有することを特徴とするトルク伝達装置。 - 前記弾性緩衝機構部の捩れ角を検出する捩れ角検出手段(84)をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のトルク伝達装置。
- 前記トルク補正値算出手段は、前記弾性緩衝機構部の捩れ角の微分値に基づき、前記トルク補正値を算出することを特徴とする請求項1または2に記載のトルク伝達装置。
- 前記第1軸の回転位置を検出する第1軸回転位置検出手段(81)と、
前記第3軸の回転位置を検出する第3軸回転位置検出手段(82)と、
前記第4軸の回転位置を検出する第4軸回転位置検出手段(83)と、をさらに備え、
前記トルク補正値算出手段は、前記第1軸回転位置検出手段により検出した前記第1軸の回転位置、前記第3軸回転位置検出手段により検出した前記第3軸の回転位置、および、前記第4軸回転位置検出手段により検出した前記第4軸の回転位置に基づき前記弾性緩衝機構部の捩れ角の微分値を算出することを特徴とする請求項3に記載のトルク伝達装置。 - 前記制御部は、前記内燃機関を制御可能な第1制御部(71)、および、前記回転電機を制御可能な第2制御部(72)を含み、
前記第1軸回転位置検出手段は、検出した前記第1軸の回転位置に関する信号を前記第1制御部に出力し、
前記第3軸回転位置検出手段は、検出した前記第3軸の回転位置に関する信号を前記第2制御部に出力し、
前記第4軸回転位置検出手段は、検出した前記第4軸の回転位置に関する信号を前記第2制御部に出力することを特徴とする請求項4に記載のトルク伝達装置。 - 前記制御部は、前記第1制御部と前記第2制御部とを接続する信号線(75)を有し、
前記第1制御部および前記第2制御部は、前記信号線を流れる信号である同期信号に基づき、それぞれの内部時間を求め、
前記トルク補正値算出手段は、前記内部時間に基づき前記第1軸、前記第3軸および前記第4軸の回転位置の検出時刻の同期をとりつつ、前記弾性緩衝機構部の捩れ角の微分値を算出することを特徴とする請求項5に記載のトルク伝達装置。 - 前記制御部は、前記第1制御部および前記第2制御部を経由して前記内燃機関および前記回転電機を制御可能な第3制御部(73)をさらに含み、
前記信号線(74、75)は、前記第1制御部と前記第2制御部と前記第3制御部とを接続し、
前記第1制御部、前記第2制御部および前記第3制御部は、前記同期信号に基づき、それぞれの前記内部時間を求め、
前記第1制御部、前記第2制御部または前記第3制御部のいずれか1つが前記同期信号を生成することを特徴とする請求項6に記載のトルク伝達装置。 - 前記トルク補正値算出手段は、前記弾性緩衝機構部の捩れ角に対応する信号の高周波成分に基づき、前記トルク補正値を算出することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
- 前記トルク補正値算出手段は、前記弾性緩衝機構部の捩れ角に対応する信号の位相またはゲインの少なくとも一方を変化させ、当該信号に基づき、前記トルク補正値を算出することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
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